JP3600728B2 - 熱定着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸ等の電子写真方式の機器に使用される熱定着装置に関し、特に加熱ローラの加熱制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に未定着トナーを用紙等の転写材に定着する手段として、加熱ローラとこれに圧接する圧接ローラとの間に未定着トナー像を転写した転写材を通過させて熱定着する方法をとるが、従来の加熱ローラは熱時定数が大きいため、一度ヒータに通電しても加熱ローラが設定温度になるまで、例えばローラの肉厚が大きいために設定温度になるまでの時間がかかることが知られている。従って、ヒータに与える交流電流の交流周期に対して、加熱ローラの熱時定数が大きく、温度制御の周期が長いため通電時間に対する供給電力の時間補正等は必要がなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の高速印刷化に伴い熱定着装置のローラを肉薄化するなどして加熱ローラが設定温度になる時間を短くして熱時定数を非常に小さくした加熱ローラがでてきており、これに伴いヒータに与える交流電力の周期に対して温度制御周期が近接してきたため、加熱ローラの温度をフィードバック制御する場合において図３に示すように通電時間に対する供給する交流電力の非線形性が問題となってきた。つまり、通電制御においての理想は直線で示す線形性を有するものであるが、実際は交流電力が直接供給されるため波線で示す非線形性の問題がある。
【０００４】
なお、一般的に通電時間ｔに対する供給電力Ｐは以下の式で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
これより通電時間に対する供給電力はサイン関数で与えられ、任意の時間に対して供給電力は過不足を生じてしまう。このため温度制御を行った場合、供給電力の過不足により温度リップルが大きくなり、定着温度範囲を確保できなくなったり、定着品質を低下させてしまう。
【０００７】
また、交流は地域によりその交流周期が違ってくるため交流周期に対応した補正の方式が必要となる。
さらに、非線形性の問題や交流周波数の問題を解決するには複雑な構成となりコストアップ等が心配される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による熱定着装置の温度制御方法は、次のように構成したものである。
（１）交流電力をヒータに直接供給して被加熱部材の温度を上昇させる加熱ローラを具備した熱定着装置において、前記加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段の温度情報に基づいて前記加熱ローラの通電時間を算出する制御演算手段と、該制御演算手段により算出された通電時間を交流周期１／２サイクル単位で割り、余りの通電時間と前記交流電力との非線形性の関係を、予め定められた演算手段で線形性に補正する通電時間補正手段と、を具備し、該補正された通電時間に基づいて前記交流電力を供給するよう構成したものである。これにより、通電時間補正を実施するため通電時間に対する供給電力が非線形とならずに線形性をもって制御することができる。
【０００９】
（２）前記通電時間補正手段は交流周期の１／２ 周期分の補正テーブルデータを持ち、該補正テーブルデータを用いて通電時間を補正する構成にする。これによりＣＰＵの負荷を小さくでき、かつ補正テーブルのデータを非常に少なくできる。
【００１０】
（３）前記補正された通電時間に基づいて任意のパルス幅を発生させる可変パルス発生手段を具備し、前記パルス幅に基づいて前記交流電力を供給するよう構成する。このようにパルス幅に基づいて加熱ローラが制御されるために、制御系が暴走した場合の安全回路が不要であり、複雑な制御系も成ることは無い。
【００１１】
（４）前記加熱ローラに供給する交流電力のゼロクロス点を検知してゼロクロス信号を送信するゼロクロス検知手段と、該ゼロクロス信号に基づいて前記交流電力の周期を測定する周期測定手段と、該交流周期の測定により、前記加熱ローラに供給する交流電力を補正する交流周期補正手段と、を具備した構成とする。これにより地域により異なる周波数の問題を解決できる。
【００１２】
（５）前記可変パルス発生手段は基準クロックに基づいてパルス幅を発生させると共に、前記交流周期補正手段は前記基準クロックを変更するよう構成しても良く、前記交流周期補正手段は前記通電時間補正手段を変更することで前記加熱ローラに供給する交流電力を補正するよう構成しても良い。
【００１３】
（６）前記ゼロクロス検知手段はゼロクロス点より手前にて前記ゼロクロス検知信号を出力するようにしたため、通電時間演算、電力補正後の通電開始時間をゼロクロス点に設定することが可能となり、通電開始に伴うノイズを小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は本発明の熱定着装置の制御構成を示すブロック図である。１は熱定着装置であり、加熱ローラ２と加圧ローラ３が一対になって対面配置している。加熱ローラ２には、内部にハロゲンランプ４が配置されており、図のように交流電源５及び通電制御回路１３に接続されている。これらの構成により、交流電源５から電力がハロゲンランプ４に供給されて加熱ローラ２が加熱され、この加熱ローラ２と加圧ローラ３間を通過する用紙Ａ上のトナーＢが熱定着されるようになっている。６はサーミスタであり、加熱ローラ２の表面温度を検知する。
【００１５】
７はゼロクロス検知回路であり、交流電源の交流周波のゼロクロスを検知するとゼロクロス信号を送信する。ただし、ゼロクロス信号の検知点より手前にてゼロクロス信号を送信するようにしても良い。
８はＣＰＵであり、全体の回路の制御を行うが、ゼロクロス信号が割り込み可能に構成され、所定の地域に於ける周波数をＴＩＭＥＲ １によりゼロクロス信号を所定回数測定することで行う。ＴＩＭＥＲ ２は基準クロックであり、以下に示すワンショットパルス発生器９に接続されている。これにより温度制御ルーチンの処理が行われる。つまり、サーミスタ６の温度情報に基づいて加熱ローラ２の通電時間を算出する制御演算手段と、その算出された通電時間と交流電源５からくる交流電力との関係は非線形性を有するが、その非線形性に対して、以下に示す予め定められた演算手段で線形性に補正する通電時間補正手段とが具備されている。
【００１６】
ＣＰＵ８からは８ビットデータバスを介してワンショットパルス発生器９およびＡＤ変換器１０が接続されている。ＡＤ変換器１０はサーミスタ６からの信号を温度検知回路で検知したものが入力される。
ワンショットパルス発生器９はＣＰＵ８で算出された通電時間を出力してワンショットパルスを発生させる。このワンショットパルスがドライバー１２を介して通電制御回路１３に出力される。
【００１７】
次に本発明の作用について説明する。
パワーオンによりＣＰＵ８はシステムの初期化を行い、ついでゼロクロス検知回路７からのゼロクロス信号の周期をＣＰＵ８のＴＩＭＥＲ １により測定する。これを所定回数実施して平均化処理を施し測定誤差を低減させる。この測定した５０又は６０ＫＨｚの周期にもとづきＣＰＵ８のＴＩＭＥＲ ２により基準クロックＢＣＬＫを設定する。このように交流周期に対応して基準クロックＢＣＬＫを切り替えるため、通電電力補正テーブルは１つで対応することができる。
なお、基準クロックを固定した場合は通電電力補整テーブルは５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流周期に対応した数だけ持たなければならない。
【００１８】
さて熱定着装置１の温度制御はゼロクロス信号によるＣＰＵ８の割り込みにより以下に示す温度制御ルーチンが起動する。このとき前述のようにゼロクロス信号はゼロクロス点の手前で発生するようになっており、温度制御ルーチンの処理が終了する時間にゼロクロス点となるようになっている。
【００１９】
温度制御ルーチンは熱定着装置１の温度をサーミスタ６により温度検知回路１１で検知し、ＡＤ変換器１０を介してＣＰＵ８に出力される。ＣＰＵ８は、これより温度制御誤差演算を行い通電時間ｔを求める。この通電時間ｔを通電時間の補正を行って以下の通電時間補正手段により通電時間ｔ’ を求めワンショットパルス発生器９に書き込み割り込み処理を終了する。ワンショットパルス発生器はアップカウンターとなっており、カウンターのリップルキャリーが発生するまでパルスを出力しリップルキャリーが発生すると、次のデータ書き込みまで待機する。ワンショットパルス発生器のパルスはドライバー１２で通電制御回路１３を駆動して電力を供給する。
【００２０】
ここで通電時間補正手段は次の処理を行い補正を実施する。まず、通電時間ｔを基準値１２６にて、割り算を行う。
ｔ／１２６ ＝ａあまりｂ
基準値１２６は基準クロックと交流周期により決定される数値である。割り算の商ａは交流周期１／２ サイクル単位で割り切れる値であるため、補正する必要がない。また、あまりｂは交流周期１／２ 以下で余るため、線形性とするにはこの値の補正が必要である。あまりｂは図２の補正テーブルデータに基づいて変換ｆ（ｂ）を行い、その値とａ＊１２６を加算して補正時間ｔ’を求めることができる。
【００２１】
ｔ’ ＝ａ＊１２６ ＋ ｆ（ｂ）
発明の実施の形態では基準値を１２６としたが、ＣＰＵの処理を考慮して基準値を２ｎ とすると、割り算に対する処理負担が軽減される。
【００２２】
【発明の効果】
通電電力補正を実施するため熱時定数の非常に小さな熱定着装置に対しても安定で、高精度な温度制御が可能となる。また、交流周期を測定、考慮するため地域による問題点を回避できる。さらに、通電電力補正テーブルは交流周期の１／２ サイクルぶんのデータですむため、非常に少ないテーブルデータとなりＣＰＵのメモリーを節約できる。これにゼロクロス点の手前にて制御処理を起動するため通電開始をゼロクロス点にでき通電に伴うノイズ等の発生を押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱定着装置の制御構成を示すブロック図
【図２】補正テーブルデータを示す図
【図３】電力と通電時間の関係を示す図
【符号の説明】
１：熱定着装置
２：加熱ローラ
３：加圧ローラ
４：ハロゲンランプ
５：交流電源
６：サーミスタ
７：ゼロクロス検知回路
８：ＣＰＵ
９：ワンショットパルス発生器
１０：ＡＤ変換器
１１：温度検知回路
１２：ドライバー
１３：通電制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸ等の電子写真方式の機器に使用される熱定着装置に関し、特に加熱ローラの加熱制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に未定着トナーを用紙等の転写材に定着する手段として、加熱ローラとこれに圧接する圧接ローラとの間に未定着トナー像を転写した転写材を通過させて熱定着する方法をとるが、従来の加熱ローラは熱時定数が大きいため、一度ヒータに通電しても加熱ローラが設定温度になるまで、例えばローラの肉厚が大きいために設定温度になるまでの時間がかかることが知られている。従って、ヒータに与える交流電流の交流周期に対して、加熱ローラの熱時定数が大きく、温度制御の周期が長いため通電時間に対する供給電力の時間補正等は必要がなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の高速印刷化に伴い熱定着装置のローラを肉薄化するなどして加熱ローラが設定温度になる時間を短くして熱時定数を非常に小さくした加熱ローラがでてきており、これに伴いヒータに与える交流電力の周期に対して温度制御周期が近接してきたため、加熱ローラの温度をフィードバック制御する場合において図３に示すように通電時間に対する供給する交流電力の非線形性が問題となってきた。つまり、通電制御においての理想は直線で示す線形性を有するものであるが、実際は交流電力が直接供給されるため波線で示す非線形性の問題がある。
【０００４】
なお、一般的に通電時間ｔに対する供給電力Ｐは以下の式で与えられる。
【０００５】
【数１】
これより通電時間に対する供給電力はサイン関数で与えられ、任意の時間に対して供給電力は過不足を生じてしまう。このため温度制御を行った場合、供給電力の過不足により温度リップルが大きくなり、定着温度範囲を確保できなくなったり、定着品質を低下させてしまう。
【０００７】
また、交流は地域によりその交流周期が違ってくるため交流周期に対応した補正の方式が必要となる。
さらに、非線形性の問題や交流周波数の問題を解決するには複雑な構成となりコストアップ等が心配される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による熱定着装置の温度制御方法は、次のように構成したものである。
（１）交流電力をヒータに直接供給して被加熱部材の温度を上昇させる加熱ローラを具備した熱定着装置において、前記加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段の温度情報に基づいて前記加熱ローラの通電時間を算出する制御演算手段と、該制御演算手段により算出された通電時間を交流周期１／２サイクル単位で割り、余りの通電時間と前記交流電力との非線形性の関係を、予め定められた演算手段で線形性に補正する通電時間補正手段と、を具備し、該補正された通電時間に基づいて前記交流電力を供給するよう構成したものである。これにより、通電時間補正を実施するため通電時間に対する供給電力が非線形とならずに線形性をもって制御することができる。
【０００９】
（２）前記通電時間補正手段は交流周期の１／２ 周期分の補正テーブルデータを持ち、該補正テーブルデータを用いて通電時間を補正する構成にする。これによりＣＰＵの負荷を小さくでき、かつ補正テーブルのデータを非常に少なくできる。
【００１０】
（３）前記補正された通電時間に基づいて任意のパルス幅を発生させる可変パルス発生手段を具備し、前記パルス幅に基づいて前記交流電力を供給するよう構成する。このようにパルス幅に基づいて加熱ローラが制御されるために、制御系が暴走した場合の安全回路が不要であり、複雑な制御系も成ることは無い。
【００１１】
（４）前記加熱ローラに供給する交流電力のゼロクロス点を検知してゼロクロス信号を送信するゼロクロス検知手段と、該ゼロクロス信号に基づいて前記交流電力の周期を測定する周期測定手段と、該交流周期の測定により、前記加熱ローラに供給する交流電力を補正する交流周期補正手段と、を具備した構成とする。これにより地域により異なる周波数の問題を解決できる。
【００１２】
（５）前記可変パルス発生手段は基準クロックに基づいてパルス幅を発生させると共に、前記交流周期補正手段は前記基準クロックを変更するよう構成しても良く、前記交流周期補正手段は前記通電時間補正手段を変更することで前記加熱ローラに供給する交流電力を補正するよう構成しても良い。
【００１３】
（６）前記ゼロクロス検知手段はゼロクロス点より手前にて前記ゼロクロス検知信号を出力するようにしたため、通電時間演算、電力補正後の通電開始時間をゼロクロス点に設定することが可能となり、通電開始に伴うノイズを小さくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を用いて説明する。
図１は本発明の熱定着装置の制御構成を示すブロック図である。１は熱定着装置であり、加熱ローラ２と加圧ローラ３が一対になって対面配置している。加熱ローラ２には、内部にハロゲンランプ４が配置されており、図のように交流電源５及び通電制御回路１３に接続されている。これらの構成により、交流電源５から電力がハロゲンランプ４に供給されて加熱ローラ２が加熱され、この加熱ローラ２と加圧ローラ３間を通過する用紙Ａ上のトナーＢが熱定着されるようになっている。６はサーミスタであり、加熱ローラ２の表面温度を検知する。
【００１５】
７はゼロクロス検知回路であり、交流電源の交流周波のゼロクロスを検知するとゼロクロス信号を送信する。ただし、ゼロクロス信号の検知点より手前にてゼロクロス信号を送信するようにしても良い。
８はＣＰＵであり、全体の回路の制御を行うが、ゼロクロス信号が割り込み可能に構成され、所定の地域に於ける周波数をＴＩＭＥＲ １によりゼロクロス信号を所定回数測定することで行う。ＴＩＭＥＲ ２は基準クロックであり、以下に示すワンショットパルス発生器９に接続されている。これにより温度制御ルーチンの処理が行われる。つまり、サーミスタ６の温度情報に基づいて加熱ローラ２の通電時間を算出する制御演算手段と、その算出された通電時間と交流電源５からくる交流電力との関係は非線形性を有するが、その非線形性に対して、以下に示す予め定められた演算手段で線形性に補正する通電時間補正手段とが具備されている。
【００１６】
ＣＰＵ８からは８ビットデータバスを介してワンショットパルス発生器９およびＡＤ変換器１０が接続されている。ＡＤ変換器１０はサーミスタ６からの信号を温度検知回路で検知したものが入力される。
ワンショットパルス発生器９はＣＰＵ８で算出された通電時間を出力してワンショットパルスを発生させる。このワンショットパルスがドライバー１２を介して通電制御回路１３に出力される。
【００１７】
次に本発明の作用について説明する。
パワーオンによりＣＰＵ８はシステムの初期化を行い、ついでゼロクロス検知回路７からのゼロクロス信号の周期をＣＰＵ８のＴＩＭＥＲ １により測定する。これを所定回数実施して平均化処理を施し測定誤差を低減させる。この測定した５０又は６０ＫＨｚの周期にもとづきＣＰＵ８のＴＩＭＥＲ ２により基準クロックＢＣＬＫを設定する。このように交流周期に対応して基準クロックＢＣＬＫを切り替えるため、通電電力補正テーブルは１つで対応することができる。
なお、基準クロックを固定した場合は通電電力補整テーブルは５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流周期に対応した数だけ持たなければならない。
【００１８】
さて熱定着装置１の温度制御はゼロクロス信号によるＣＰＵ８の割り込みにより以下に示す温度制御ルーチンが起動する。このとき前述のようにゼロクロス信号はゼロクロス点の手前で発生するようになっており、温度制御ルーチンの処理が終了する時間にゼロクロス点となるようになっている。
【００１９】
温度制御ルーチンは熱定着装置１の温度をサーミスタ６により温度検知回路１１で検知し、ＡＤ変換器１０を介してＣＰＵ８に出力される。ＣＰＵ８は、これより温度制御誤差演算を行い通電時間ｔを求める。この通電時間ｔを通電時間の補正を行って以下の通電時間補正手段により通電時間ｔ’ を求めワンショットパルス発生器９に書き込み割り込み処理を終了する。ワンショットパルス発生器はアップカウンターとなっており、カウンターのリップルキャリーが発生するまでパルスを出力しリップルキャリーが発生すると、次のデータ書き込みまで待機する。ワンショットパルス発生器のパルスはドライバー１２で通電制御回路１３を駆動して電力を供給する。
【００２０】
ここで通電時間補正手段は次の処理を行い補正を実施する。まず、通電時間ｔを基準値１２６にて、割り算を行う。
ｔ／１２６ ＝ａあまりｂ
基準値１２６は基準クロックと交流周期により決定される数値である。割り算の商ａは交流周期１／２ サイクル単位で割り切れる値であるため、補正する必要がない。また、あまりｂは交流周期１／２ 以下で余るため、線形性とするにはこの値の補正が必要である。あまりｂは図２の補正テーブルデータに基づいて変換ｆ（ｂ）を行い、その値とａ＊１２６を加算して補正時間ｔ’を求めることができる。
【００２１】
ｔ’ ＝ａ＊１２６ ＋ ｆ（ｂ）
発明の実施の形態では基準値を１２６としたが、ＣＰＵの処理を考慮して基準値を２ｎ とすると、割り算に対する処理負担が軽減される。
【００２２】
【発明の効果】
通電電力補正を実施するため熱時定数の非常に小さな熱定着装置に対しても安定で、高精度な温度制御が可能となる。また、交流周期を測定、考慮するため地域による問題点を回避できる。さらに、通電電力補正テーブルは交流周期の１／２ サイクルぶんのデータですむため、非常に少ないテーブルデータとなりＣＰＵのメモリーを節約できる。これにゼロクロス点の手前にて制御処理を起動するため通電開始をゼロクロス点にでき通電に伴うノイズ等の発生を押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱定着装置の制御構成を示すブロック図
【図２】補正テーブルデータを示す図
【図３】電力と通電時間の関係を示す図
【符号の説明】
１：熱定着装置
２：加熱ローラ
３：加圧ローラ
４：ハロゲンランプ
５：交流電源
６：サーミスタ
７：ゼロクロス検知回路
８：ＣＰＵ
９：ワンショットパルス発生器
１０：ＡＤ変換器
１１：温度検知回路
１２：ドライバー
１３：通電制御回路
Claims (7)
- 交流電力をヒータに直接供給して被加熱部材の温度を上昇させる加熱ローラを具備した熱定着装置において、
前記加熱ローラの温度を検知する温度検知手段と、
該温度検知手段の温度情報に基づいて前記加熱ローラの通電時間を算出する制御演算手段と、
該制御演算手段により算出された通電時間を交流周期１／２サイクル単位で割り、余りの通電時間と前記交流電力との非線形性の関係を、予め定められた演算手段で線形性に補正する通電時間補正手段と、を具備し、
該補正された通電時間に基づいて前記交流電力を供給するよう構成したことを特徴とする熱定着装置。 - 前記通電時間補正手段は交流周期の1/2 周期分の補正テーブルデータを持ち、該補正テーブルデータを用いて通電時間を補正することを特徴とする請求項１記載の熱定着装置。
- 前記通電時間補正手段により補正された通電時間に基づいて任意のパルス幅を発生させる可変パルス発生手段を具備し、前記パルス幅に基づいて前記交流電力を供給するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の熱定着装置。
- 前記加熱ローラに供給する交流電力のゼロクロス点を検知してゼロクロス信号を送出するゼロクロス検知手段と、該ゼロクロス信号に基づいて前記交流電力の周期を測定する周期測定手段と、該交流周期の測定により、前記加熱ローラに供給する交流電力を補正する交流周期補正手段と、を具備したことを特徴とする請求項３記載の熱定着装置。
- 前記可変パルス発生手段は基準クロックに基づいてパルス幅を発生させると共に、前記交流周期補正手段は前記基準クロックを変更することで前記加熱ローラに供給する交流電力を補正することを特徴とする請求項４記載の熱定着装置。
- 前記交流周期補正手段は前記通電時間補正手段を変更することで前記加熱ローラに供給する交流電力を補正することを特徴とする請求項４記載の熱定着装置。
- 前記ゼロクロス検知手段はゼロクロス点より手前にて前記ゼロクロス検知信号を出力する事を特徴とする請求項４記載の熱定着装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227298A JP3600728B2 (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 熱定着装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10227298A JP3600728B2 (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 熱定着装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11296018A JPH11296018A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3600728B2 true JP3600728B2 (ja) | 2004-12-15 |
Family
ID=14322975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10227298A Expired - Fee Related JP3600728B2 (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 熱定着装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3600728B2 (ja) |
-
1998
- 1998-04-14 JP JP10227298A patent/JP3600728B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11296018A (ja) | 1999-10-29 |
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